ДНК-метилтрансфераза и эпигенетика¶

ДНК-метилтрансфераза — фермент класса трансфераз, катализирующий перенос метильной группы на азотистые основания молекулы ДНК. У эукариот и прокариот этот процесс служит одним из ключевых механизмов эпигенетической регуляции: он не изменяет последовательность нуклеотидов, но влияет на активность генов и стабильность генома.

¶Механизм реакции

ДНК-метилтрансферазы переносят метильную группу с кофермента S-аденозилметионина (SAM) на определённые основания. У бактерий метилируются преимущественно адениновые остатки (N6-метиладе­нин), у эукариот — цитозиновые, чаще всего в составе динуклеотида CpG (5-метилцитозин). Метилирование по цитозину происходит в палиндромных сайтах, что позволяет узнавать метку на комплементарной цепи.

¶Классификация

У млекопитающих выделяют несколько семейств ферментов:

DNMT1 узнаёт полуметилированные сайты после репликации и восстанавливает симметричную метку на дочерней цепи. DNMT3A и DNMT3B устанавливают новые метки в ходе эмбрионального развития и дифференцировки клеток.

¶Эпигенетическое значение

Метилирование промоторных областей, богатых CpG-островками, обычно связано с подавлением транскрипции: метка препятствует связыванию факторов транскрипции и привлекает белки-репрессоры. Так реализуется геномный импринтинг, инактивация X-хромосомы у самок млекопитающих и сайленсинг мобильных элементов и ретровирусов.

Эпигенетические метки обратимы и не наследуются по законам Менделя в строгом смысле, однако при делении клеток рисунок метилирования может передаваться потомкам — это явление называют эпигенетическим наследованием.

¶Роль в развитии и болезнях

Нарушения работы ДНК-метилтрансфераз связаны с рядом патологий. Мутации гена DNMT3B вызывают синдром ICF (иммунодефицит, нестабильность центромер, лицевые аномалии). Аномальные профили метилирования обнаруживаются при многих опухолях: гиперметилирование генов-супрессоров и общее гипометилирование генома считаются признаками раковых клеток. Это делает ферменты и их ингибиторы объектом исследований в онкологии.

¶Методы изучения

Для анализа метилирования применяют бисульфитное секвенирование, метил-специфичную ПЦР и иммунопреципитацию метилированной ДНК. Ингибиторы ДНК-метилтрансфераз (например, 5-азацитидин) используются в клинической практике при некоторых гематологических заболеваниях.

¶Связь с другими эпигенетическими механизмами

Метилирование ДНК взаимодействует с модификациями гистонов и некодирующими РНК, формируя сложную регуляторную сеть. Совместно эти механизмы определяют, какие гены активны в конкретной клетке, обеспечивая её специализацию при идентичном геноме.